[發明專利]一種使用多水面船的無動力浮體協同定位控制方法

有效

• 申請號: 202011176584.X
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112230566B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 夏國清;孫創;夏小明;李鵬;張坤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種使用多水面船的無動力浮體協同定位控制方法，導引系統將無動力浮體的跟蹤的信息傳給無動力浮體控制器；傳感器系統無動力浮體和多水面船的位置信息傳遞給非線性擴張狀態觀測器，無動力浮體控制器和多水面船協同控制器；非線性擴張狀態觀測器將估計的速度和復合干擾分別傳遞給無動力浮體控制器和多水面船編隊控制器；無動力浮體控制器將控制信息傳遞控制分配系統；控制分配系統將信息傳遞給拖鏈系統等，最后實現無動力浮體實現位置移動。本發明綜合考慮無動力浮體和多水面船的速度信息未知，存在環境干擾和模型不確定性的情況下，實現對無動力浮體的協同定位；無動力浮體跟蹤參考信號的跟蹤性能得到了保證。

技術領域

本發明涉及一種無動力浮體協同定位控制方法，尤其涉及一種使用多水面船的無動力浮體協同定位控制方法。

背景技術

對海上浮體，例如：大型駁船，離岸大型半潛平臺和無動力浮體，的動力定位操作是海洋工業的一項重要應用。因為這些海上浮體通常沒有設計或者不能提供足夠的控制力來實現對海上浮體的定位操作。使用多艘水面船協同定位海上浮體是一種可行的解決方案。現有的大部分研究都集中在水面船直接與海上浮體直接接觸的協同控制方法。這些方法海上浮體和多水面船之間沒有信息交換。考慮海上浮體使用拖鏈連接多水面船和存在通信的情況下，對海上浮體的協同控制幾乎沒有研究涉及。

在實際的應用中，由于無動力的浮體和水面船的模型通常存在不確定，且它們均受到時變海洋環境干擾的影響。此外，對于大多數船舶來說很少裝備速度傳感器。而速度信息在控制器的設計過程中需要使用。因此，有必要設計觀測器來實現對船舶的速度和模型不確定和環境干擾的同時估計。

林安輝等在《廈門大學學報》2019年第1期自然科學版發表的文章《多艘拖輪協助大型船舶靠泊的編隊控制方法》使用多艘拖輪靠泊大型船舶，但是采用拖輪與大型船舶直接接觸的方式。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在無動力浮體和多水面船速度未知，海洋環境和模型不確定性影響下使用多水面船的無動力浮體的協同定位控制方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種使用多水面船的無動力浮體協同定位控制方法，具體實現步驟如下：

1)導引系統計算出無動力浮體各個時刻的期望位置及其關于時間的一階導數和二階導數即船舶的速度和加速度，能夠使船舶平穩的到達期望的位置，并將得到的期望的位置，速度和加速度信息并傳給無動力浮體控制器；

2)傳感器系統將測量的無動力浮體和多水面船的位置信息傳遞給非線性擴張狀態觀測器，無動力浮體控制器和多水面船協同控制器；

3)環境干擾分別作用在無動力浮體和多水面船系統；

4)非線性擴張狀態觀測器綜合信息分別對無動力浮體和多水面船的速度和由環境干擾和不確定性組成的復合干擾的估計，并將估計的速度和復合干擾分別傳遞給無動力浮體控制器和多水面船協同控制器；

5)無動力浮體控制器綜合信息，得到控制指令，將控制指令傳遞控制分配系統；控制分配系統計算出每條拖鏈上需要提供的最小拉力，并將信息傳遞給拖鏈系統；

6)拖鏈系統計算當前多水面船的期望隊形，并傳遞給多水面船協同控制器；

7)通信系統將當前的通信信息傳遞給多水面船協同控制器；

8)多水面協同控制器綜合信息得到多水面船協同控制的控制指令，將控制指令傳遞給多水面船系統，多水面船的執行機構執行控制指令，實現多水面船的移動，同時將實際的控制力傳遞給非線性擴張狀態觀測器；

9)拖鏈系統計算當前的拖鏈拉力，并將拖鏈拉力傳遞給無動力浮體和非線性狀態觀測器，無動力浮體實現位置移動。

本發明還包括這樣一些特征：

多水面船通過拖鏈與無動力浮體連接；